1.315μm强激光反射镜膜系设计与热效应研究
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本文首先从高反膜的设计原理出发,采用传统的四分之一波长膜系的设计方法,用TFCALC模拟设计软件设计出氧碘化学激光器(COIL)用的高反膜,给出强激光辐照下多层膜中的电场强度分布。由于短波长化学激光系统需要用多波长反射镜,根据氧碘化学激光器出射1.315μm红外光需要可见光进行调谐或引导的原则,因此采用双模堆设计的方法:在Si基片上以Si、SiO2作为高、低折射率材料,设计出结构为Si/(LH)110(LH)24/Air的适合COIL用的多层介质高反射膜系,其中H、L分别代表高折射率膜层Si层、低折射率膜层SiO2层,结构(LH)110指的是1.315μm膜堆,结构(LH)24指的是0.6328μm膜堆。理论模拟得出COIL在输出的中心波长1.315μm处的反射率达到了99.999%以上,能够满足兆瓦级化学激光器腔面介质膜所要求的水平;使调谐波0.6328μm的反射率达到99.2%以上,超过调谐波所要求达到的反射率(95%)。由于热效应是影响强激光反射镜性能的重要因素,首先由热传导理论知识推导出不同坐标系下的热传导微分方程,求解出多膜层温度分布以及激光损伤阈值数学表示式,用格林函数法计算了1.315μm高斯光束辐照下的硅基片的温度分布,绘制出在不同高斯激光能量下的温度场分布曲线;然后利用轴向热变形公式计算了硅基片的热变形,绘制出在不同激光能量下的热变形曲线;最后,根据薄膜的激光损伤阈值的计算公式,计算出了只有SiO2和Si两层薄膜时硅镜的激光损伤阈值,并绘制了损伤阈值随激光辐照时间的变化曲线。由硅基片的温度场分布和热形变结果,理论分析了镀膜后的温度场分布和热变形,由结果推测多层膜的热效应,从而得出高能激光反射镜热效应的损伤机理;最后分析总结了热效应对高能激光反射镜的损伤机理,为寻找适合氧碘化学激光器用的高能激光反射镜新材料、提高激光器的输出功率提供依据。
摘要 | 第4-5页 |
ABSTRACT | 第5-6页 |
第一章 绪论 | 第9-15页 |
1.1 激光器的发展与应用 | 第9-10页 |
1.2 高能激光器的发展现状 | 第10-11页 |
1.3 高反膜的研究现状 | 第11-13页 |
1.4 热效应对高能激光器的影响 | 第13-14页 |
1.5 本文研究的主要内容 | 第14-15页 |
第二章 薄膜光学特性的计算理论 | 第15-31页 |
2.1.单色平面电磁波 | 第15-24页 |
2.1.1 麦克斯韦方程组 | 第15-16页 |
2.1.2 波动方程的解 | 第16-19页 |
2.1.3 光学导纳 | 第19-21页 |
2.1.4 E 和 H 的边界条件 | 第21-22页 |
2.1.5 坡印廷矢量 | 第22-24页 |
2.2 光学薄膜特性的理论计算 | 第24-31页 |
2.2.1 单层介质薄膜的反射率 | 第24-27页 |
2.2.2 多层膜的特性计算 | 第27-31页 |
第三章 1.315μm 高反膜的膜系设计 | 第31-39页 |
3.1 多层介质高反射膜 | 第31-33页 |
3.2 材料的选取 | 第33-34页 |
3.3 膜系设计 | 第34-36页 |
3.4 理论计算结果 | 第36-39页 |
第四章 热传导理论基础 | 第39-47页 |
4.1 热流密度 | 第39页 |
4.2 热传导微分方程 | 第39-42页 |
4.3 不同正交坐标系中的热传导方程和边界条件 | 第42-47页 |
第五章 高斯光束辐照下硅镜的热效应 | 第47-55页 |
5.1 格林函数法解热传导方程 | 第47-51页 |
5.2 热变形和激光损伤阈值 | 第51-52页 |
5.3 理论计算与模拟结果 | 第52-55页 |
结论 | 第55-57页 |
参考文献 | 第57-61页 |
致谢 | 第61-63页 |
攻读硕士学位期间的研究成果 | 第63-64页 |
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